垃圾的處理方法

【專家解說】：生物質能是由植物的光合作用固定于地球上的太陽能，最有可能成為21世紀主要的新能源之一。據估計，植物每年貯存的能量約相當于世界主要燃料消耗的10倍；而作為能源的利用量還不到其總量的l%。這些未加以利用的生物質，為完成自然界的碳循環(huán)，其絕大部分由自然腐解將能量和碳素釋放，回到自然界中。事實上，生物質能源是人類利用最早、最多、最直接的能源，至今，世界上仍有15億以上的人口以生物質作為生活能源。生物質燃燒是傳統(tǒng)的利用方式，不僅熱效率低下，而且勞動強度大，污染嚴重。通過生物質能轉換技術可以高效地利用生物質能源，生產各種清潔燃料，替代煤炭，石油和天然氣等燃料，生產電力。而減少對礦物能源的依賴，保護國家能源資源，減輕能源消費給環(huán)境造成的污染。專家認為，生物質能源將成為未來持續(xù)能源重要部分，到2015年，全球總能耗將有40%來自生物質能源。


1.2能源與環(huán)境


人類正面臨著發(fā)展與環(huán)境的雙重壓力。經濟社會的發(fā)展以能源為重要動力，經濟越發(fā)展，能源消耗多，尤其是化石燃料消費的增加，就有兩個突出問題擺在我們面前：一是造成環(huán)境污染日益嚴重，二是地球上現存的化石燃料總有一天要掘空。按消費量推算，世界石油資源在今后50年到80年間將最終消耗殆盡。到2059年，也就是世界上第一口油井開鉆二百周年之際，世界石油資源大概所剩無幾。另一方面，由于過度消費化石燃料，過快、過早地消耗了這些有限的資源，釋放大量的多余能量和碳素，打破了自然界的能量和碳平衡，是造成臭氧層破壞，全球氣候變暖，酸雨等災難性后果的直接因素。這就是說，如果不發(fā)展出新的能源來取代化石常規(guī)能源在能源結構中的主導地位，在21世紀必將發(fā)生嚴重的、災難性的能源和環(huán)境危機，是人類在下一世紀所面臨的三大最可能發(fā)生的災難之一。


1.3國家安全


固然,發(fā)展生物質能源不是獲得新的能源的唯一途徑，人類可以采用高技術手段獲得核能源，甚至從外太空獲得能源，但其中的危害也是有目共睹的。首先，核能源的發(fā)展極可能給已經不安的世界帶來新的不穩(wěn)定因素,甚至直接威脅到人類的生存環(huán)境；其次，各國或各集團在人類下世紀技術水平下所能到達的有限外太空區(qū)域內進行的能源開發(fā)，將不可避免地引發(fā)新的爭奪或爭端，其禍福不言自明。而生物質能源則不僅是最安全、最穩(wěn)定的能源，而且通過一系列轉換技術，可以生產出不同品種的能源，如固化和炭化可以生產因體燃料，氣化可以生產氣體燃料，液化和植物油可以獲得液體燃料，如果需要還可以生產電力等等。目前，世界各國，尤其是發(fā)達國家，都在致力于開發(fā)高效、無污染的生物質能利用技術，保護本國的礦物能源資源，為實現國家經濟的可持續(xù)發(fā)展提供根本保障。


2.國外生物質能技術的發(fā)展狀況


生物質能源的開發(fā)利用早已引起世界各國政府和科學家的關注。有許多國家都制定了相應的開發(fā)研究計劃，在日本的陽光計劃、印度的綠色能源工程、美國的能源農場和巴西的酒精能源計劃等發(fā)展計劃。其它諸如丹麥、荷蘭、德國、法國、加拿大、芬蘭等國，多年來一直在進行各自的研究與開發(fā)，并形成了各具特色的生物質能源研究與開發(fā)體系，擁有各自的技術優(yōu)勢。


2.1沼氣技術


主要為厭氧法處理禽畜糞便和高濃度有機廢水，是發(fā)展較早的生物質能利用技術。80年代以前，發(fā)展中國家主要發(fā)展沼氣池技術，以農作物秸稈和禽畜糞便為原料生產沼氣作為生活炊事燃料。如印度和中國的家用沼氣池；而發(fā)達國家則主要發(fā)展厭氧技術，處理禽畜糞便和高濃度有機廢水。目前，日本、丹麥、荷蘭、德國、法國、美國等發(fā)達國家均普遍采取厭氧法處理禽畜糞便，而象印度、菲律賓、泰國等發(fā)展中國家也建設了大中型沼氣工程處理禽畜糞便的應用示范工程。采用新的自循環(huán)厭氧技術。荷蘭IC公司已使啤酒廢水厭氧處理的產氣率達到10m3/m3.d的水平，從而大大節(jié)省了投資、運行成本和占地面積。美國、英國、意大利等發(fā)達國家將沼氣技術主要用于處理垃圾，美國紐約斯塔藤垃圾處理站投資2000萬美元，采用濕法處理垃圾，日產26萬m3沼氣，用于發(fā)電、回收肥料，效益可觀，預計10年可收回全部投資。英國以垃圾為原料實現沼氣發(fā)電18MW，今后10年內還將投資1.5億英鎊，建造更多的垃圾沼氣發(fā)電廠。


2.2生物質熱裂解氣化


早在70年代，一些發(fā)達國家，如美國、日本、加拿大、歐共體諸國，就開始了以生物質熱裂解氣化技術研究與開發(fā)，到80年代，美國就有19家公司和研究機構從事生物質熱裂解氣化技術的研究與開發(fā)；加拿大12個大學的實驗室在開展生物質熱裂解氣化技術的研究；此外，菲律賓、馬來西亞、印度、印尼等發(fā)展明家也先生開展了這方面的研究。芬蘭坦佩雷電力公司開始在瑞典建立一座廢木材氣化發(fā)電廠，裝機容量為60MW,產熱65MW,1996年運行：瑞典能源中心取得世界銀行貸款，計劃在巴西建一座裝機容量為20-3OMW的發(fā)電廠，利用生物質氣化、聯合循環(huán)發(fā)電等先進技術處理當地豐富的蔗渣資源。


2.3生物質液體燃料


另一項令人關注的技術，因為生物質液體燃料，包括乙醇、植物油等，可以作為清潔燃料直接代替汽油等石油燃料。巴西是乙醇燃料開發(fā)應用最有特色的國家，70年代中期，為了擺脫對進口石油的過度依賴，實施了世界上規(guī)模最大的乙醇開發(fā)計劃，到1991年，乙醇產量達到130億升，在980萬輛汽車中，近400萬輛為純乙醇汽車，其余大部分燃用20%的乙醇-汽油混合燃料，也就是說乙醇燃料已占汽車燃料消費量的50%以上。1996年，美國可再生資源實驗室已研究開發(fā)出利用纖維素廢料生產酒精的技術，由美國哈斯科爾工業(yè)集團公司建立了一個1MW稻殼發(fā)電示范工程：年處理稻殼12，000噸，年發(fā)電量800萬度，年產酒精2，500噸，具有明顯的經濟效益。


2.4其它技術


此外,生物質壓縮技術可書固體農林廢棄物壓縮成型,制成可代替煤炭的壓塊燃料。如美國曾開發(fā)了生物質顆粒成型燃料：泰國、菲律賓和馬來西亞等第三世界國家發(fā)展了棒狀成型燃料。


3.我國的生物質能源


我國基本上是一個農業(yè)國家農村人口占總人口的70%以上，生物質一直是農村的主要能源之一，在國家能源構成中也占有益要地位。


3.1生物質能資源


我國現有森林、草原和耕地面積41.4億公頃，理論上生物質資源理可達650億噸/年以上（在但第平方公里土地面積上，植物經過光合作用而產生的有機碳量，每年約為158噸）。以平均熱值為15,000千焦/公斤計算，折合理論資源最為33億標準煤，相當于我國目前年總能耗的3倍以上.


實際上，目前可以作為能源利用的生物質主要包括秸稈、薪柴、禽畜糞便、生活垃圾和有機廢渣廢水等。據調查，目前我國秸稈資源量已超過7.2億噸,約3.6億噸標準煤，除約1.2億噸作為飼料、造紙、紡織和建材等用途外其余6億噸可作為能源用途：薪柴的來源主要為林業(yè)采伐、育林修剪和薪炭林，一項調查表明：我國年均薪柴產量約為1.27億噸，折合標準煤0.74億噸：禽畜糞便資源量約1.3億噸標準煤；城市垃圾量生產量約1.2億噸左右，并以每年8%-10%的速度增，據估算，我國可開發(fā)的生物質能資源總量約7億噸標準煤。


3.2生物質能源和利用


我國生物質的能源利用絕大部分用于農村生活能源，極少部分用于鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的工業(yè)生產：而利用方式長期來一直以直接燃燒為主，只是近年來才開始采用新技術利用生物質能源，但規(guī)模較小。普及程度較低，在國家，甚至農村的能源結構中占有極小的比例。


生物質直接燃燒方式不僅熱效率低下，而且大量的煙塵和余灰的排放使人們的居住和生活環(huán)境日益惡化，嚴重損害了婦女、兒童的身心健康。此外，還對生態(tài)、社會和經濟造成極其不利的影響：


1．在必須使用生物質能源而利用方式不合理的情況下，必然對森林等自然資源進行不合理采伐，破壞了自然植被和生態(tài)平衡；


2．對于有機垃圾、有機廢水、有機廢渣、禽畜糞便以及部分農業(yè)廢棄物等資源沒有充分加以利用，不僅造成資源浪費，而且使其成為主要的有機污染源，除造成嚴重的大氣和水污染之外，還排放大量的溫室氣體，加劇了全球溫室效應；


3．同時，隨著經濟的迅速發(fā)展和人民生活水平的提高，能源短缺問題必將成為21世紀阻礙國家經濟的持續(xù)發(fā)展的重大問題，必須予以足夠的重視，并采取有效措施著力加以解決。


事實上，大力開發(fā)和利用生物質能源，對于緩解21世紀的能源、環(huán)境和生態(tài)問題具有重要意義，產生諸多利益；


4．減少污染，改善人民生活條件。不管是有機污水處理、城鎮(zhèn)垃圾能源的利用還是秸稈熱解利用中一個重要的共同點解決環(huán)境污染問題，這也是大部分生物質利用的首要目標。


5．解決農村能源供應問題，提高農民生活水平。


我國農村能源供應緊張，而生物質源豐富，所以可利開展利用生物質能，可以改善農村的能量供應。提高他們的生活水平。


6．改善能源結構，減輕對對環(huán)境的壓力。我國可開發(fā)的生物資源達7億噸，如果能充分開發(fā)，可以在我國的能源消費中占重要的地方，這對改善我國能源結構，減少我國對石化燃料的依賴，進而減少我國CO2和SO2等污染物的排放，最終緩解能源消耗給環(huán)境造成的壓力有重要的意義。


3.3市場需求


可以預計，隨著國民經濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，生物質能利用技術和裝置的市場前景將會越來越廣闊。主要依據：


1．目前，絕大部分農作物秸稈因得不到有效利用而就地焚燒于農田，不僅浪費了大量的能源，而成了嚴重的環(huán)境污染，給社會生活和經濟發(fā)展造成了一定程度的負面影響。如發(fā)生在成都雙流機場和首都機場的煙塵事件。逐漸富裕起來的農民，隨著生活水平的提高，迫切改變原來直接燃用秸稈薪柴煙薰火燎的炊事取暖局面，以生物質可燃氣作為他們的生活能源，就會改善其衛(wèi)生環(huán)境，提高生活質量，減輕勞動強度。


2．眾多糧食、木材、茶葉、果類等加工廠，每天都有大量的谷殼、鋸末、木屑、果殼等廢棄物產出堆放，利用生物質氣化技術將其轉換成可燃氣，生產出優(yōu)質能源，變廢為寶，可謂一舉兩得。


3．禽畜糞便既是極為有害大環(huán)境污染源泉又是重要的生物質能資源，隨著大型畜牧場的不斷建成和發(fā)展，所產生的環(huán)境污染也日趨嚴重。應用厭氧技術處理禽畜糞便更具有能源與環(huán)境雙重意義。


4．隨著我國社會經濟的迅速發(fā)展，城市人口的增多和居民生活的改善，城市的垃圾處理問題便顯得日益突出。我國的以北京為例，1995年，年垃圾產量均已突破400萬噸，1996年北京的垃圾量則達485萬噸。采用厭氧技術處理有機垃圾，不僅可獲得能源，而且達到低費用治理污染的目的。


5．我國的邊遠地區(qū)，生物質資源豐富，多屬于缺電、少電地區(qū)，可將生物質氣化發(fā)電，或供熱可自產自用。


6．事買上，生物質能源技術之所以具有廣闊的市場前景，其優(yōu)勢在于開發(fā)利用生物質能源不僅可以獲得取之不盡的能源，而且具有保護環(huán)境，節(jié)省資源的功能。


3.4我國生物質能技術發(fā)展現狀與問題


我國政府及有關部門對生物質能源利用極為重視，國家?guī)孜恢饕I導人曾多次批示和指示加強農作物秸稈的能源利用。國家科委已連續(xù)在三個國家五年計劃中將生物質能技術的研究與應用列為重點研究項目，涌現出一大批優(yōu)秀的科研成果和成功的應用范例，如產用沼氣池、禽畜糞便沼氣技術、生物質氣化發(fā)電和集中供氣、生物壓塊燃料等，取得了可觀的社會效益和經濟效益。同時，我國已形成一支高水平的科研隊伍，包括國內有名的科研院所和大專院校：擁有一批熱心從事生物質熱裂解氣化技術研究與開發(fā)的著名專家學者。


a．沼氣技術是我國發(fā)展最早、曾晉遍推廠的生物質能源利用技術。70年代，我國為解決農村能源短缺的問題，曾大力開發(fā)和推廣戶用沼氣地技術，全國已建成525萬戶用沼氣池。在最近的連續(xù)三個五年計劃中，國家都將發(fā)展新的沼氣技術列為重點科技攻關項目，計劃實施了一大批沼氣及其利用的研究項目和示范工程。至今，我國已建設了大中型沼氣池3萬多個，總容積超過137萬m3，年產沼氣5，500萬m3，僅100m3以上規(guī)模的沼氣工程就達630多處，其中集中供氣站583處，用戶8.3萬戶，年均用氣量431m3，主要用于處理禽畜糞便和有機廢水。這些工程都取得了一定程度的環(huán)境效益和社會效益，對發(fā)展當地經濟和我國厭氧技術起到了積極作用。在“九五”計劃中，應用于處理高濃度有機廢水和城市垃圾的高效厭氧技術被列為科技攻關重點項目，分別由中科院成都生物研究所和杭州能源環(huán)境研究所承擔實施，現已取得預期的進展。


我國厭氧技術及工程中存在的主要問題：相關技術研究少、輔助設備配套性差、自動化程度低、非標設備加工粗糙、工程造價高、開放式前后處理的二次污染嚴重等。


b．我國的生物質氣化技術近年有了長足的發(fā)展，氣化爐的形式從傳統(tǒng)上吸式、下吸式到最先進的流化床、快速流化床和雙床系統(tǒng)等，在應用上除了傳統(tǒng)的供熱之外，最主要突破是農村家庭供氣和氣化發(fā)電上?！鞍宋濉逼陂g，國家科委安排了“生物質熱解氣化及熱利用技術”的科技攻關專題，取得了相當成果：采用氧氣氣化工藝，研制成功生物質中熱值氣化裝置；以下吸式流化床工藝，研制成功l00戶生物質氣化集中供氣系統(tǒng)與裝置：以下吸式固定床工藝，研制成功食品與經濟作物生物質氣化烘干系統(tǒng)與裝置；以流化床干餾工藝，研制成功1000戶生物質氣化集中供氣系統(tǒng)與裝置。“九五”期間，國家科委安排了“生物質熱解氣化及相關技術”的科技攻關專題，重點研究開發(fā)1MW大型生物質氣化發(fā)電技術和農村秸稈氣化集中供氣技術。目前全國已建成農村氣化站近200多個，谷殼氣化發(fā)電100多臺套，氣化利用技術的影響正在逐漸擴大。


c．“八五”期間，我國開始了利用纖維素廢棄物制取乙醇燃料技術的探索與研究，主要研究纖維素廢棄物的稀酸水解及其發(fā)酵技術，并在“九五”期間進入中間試驗階段。我國已對植物油和生物質裂解油等代用燃料進行了初步研究：如植物油理化特性、酯化改性工藝和柴油機燃燒性能等方面進行了初步試驗研究?！熬盼濉逼陂g，開展了野生油料植物分類調查及育種基地的建設。我國的生物質液化也有一定研究，但技術比較落后，主要開展高壓液化和熱解液化方面的研究。


d．此外，在“八五”期間，我國還重點對生物質壓縮成型技術進行了科技攻關，引進國外先進機型，經消化、吸收，研制出各種類型的適合我國國情的生物質壓縮成型機，用以生產棒狀、塊狀或顆粒生物質成型燃料。我國的生物質螺旋成型機螺桿使用壽命達500小時以上，屬國際先進水平。


雖然我國在生物質能源開發(fā)方面取得了巨大成績，技術水平卻與發(fā)達國家相比仍存在一定差距，如：


a．新技術開發(fā)不力，利用技術單一。我國早期的生物質利用主要集中在沼氣利用上，近年逐漸重視熱解氣化技術的開發(fā)應用，也取得了一定突破，但其他技術開展卻非常緩慢，包括生產酒精、熱解液化、直接燃燒的工業(yè)技術和速生林的培育等，都沒有突破性的進展。


b．由于資源分散，收集手段落后，我國的生物質能利用工程的規(guī)模很??；為降低投資，大多數工程采用簡單工藝和簡陋設備，設備利用率低，轉換效率低下。所以，生物質能項目的投資回報率低，運行成本高，難以形成規(guī)模效益，不能發(fā)揮其應有的、重大的能源作用。


c．相對科研內容來說，投入過少，使得研究的技術含量低，多為低水平重復研究，最終未能解決一些關鍵技術，如：厭氧消化產氣率低，設備與管理自動化程度較差；氣化利用中焦油問題沒有徹底解決，給長期應用帶來嚴重問題；沼氣發(fā)電與氣化發(fā)電效率較低，相應的二次污染問題沒徹底解決。導致許多工程系統(tǒng)常處于維修或故障的狀態(tài)，從而降低了系統(tǒng)運行強度和效率。


此外，在我國現實的社會經濟環(huán)境中，還存在一些消極因素制約或阻礙著生物質能利用技術的發(fā)展、推廣和應用，主要表現為：


a．在現行能源價格條件下，生物質能源產品缺乏市場竟爭能力，投資回報率低挫傷了投資者的投資積極性，而銷售價格高又挫傷了消費者的積極性。


b．技術標準未規(guī)范，市場管理混亂。在秸桿氣化供氣與沼氣工程開發(fā)上，由于未有合適的技術標準和嚴格的技術監(jiān)督，很多未具備技術力量的單位和個人參與了沼氣工程承包和秸桿氣化供氣設備的生產，引起項目技術不過關，達不到預期目標，甚至帶來安全問題，這給今后開展生物質利用工作帶來很大的負面影響。


c．目前，有關扶持生物質能源發(fā)展的政策尚缺乏可操作性，各級政府應盡快制定出相關政策，如價格補貼和發(fā)電上網等特殊優(yōu)惠政策。


d．民眾對于生物質能源缺乏足夠認識，應加強有關常識的宣傳和普及工作。


e．政府應對生物質能源的戰(zhàn)略地位予以足夠重視，開發(fā)生物質能源是一項系統(tǒng)工程，應視作實現可持續(xù)發(fā)展的基本建設工程。


4.發(fā)展方向與對策


4.1發(fā)展方向


我國的生物質能資源豐富，價格便宜，而經濟環(huán)境和發(fā)展水平對生物質技術的發(fā)展處于比較有利的階段。根據這些特點，我國生物質的發(fā)展既要學習國外先進經驗，又要強調自己的特色，所以，今后的發(fā)展方向應朝著以下幾方面：


a．進一步充分發(fā)揮生物質能作為農村補充能源的作用，為農村提供清潔的能源，改善農村生活環(huán)境及提高人民生活條件。這包括沼氣利用、秸桿供氣和小型氣化發(fā)電等實用技術。


b．加強生物質工業(yè)化應用，提高生物質能利用的比重，提高生物質能在能源領域的地位。這樣才能從根本上擴大生物質能的影響，為生物質能今后的大規(guī)模應用創(chuàng)造條件，也是今后生物質能能否成為重要的替代能源的關鍵。


c．研究生物質向高品位能源產品轉化的技術，提高生物質能的利用價值。這是重要的技術儲備，是未來多途徑利用生物質的基礎，也是今后提高生物質能作用和地位的關鍵。


d．同時，利用山地、荒地和沙漠，發(fā)展新的生物質能資源，研究、培育、開發(fā)速生、高產的植物品種，在目前條件允許的地區(qū)發(fā)展能源農場、林場，建立生物質能源基地，提供規(guī)?；哪举|或植物油等能源資源。


4.2對策


根據上面的主要發(fā)展方向，今后我國生物質利用技術能否得到迅速發(fā)展，主要取決于以下幾個方面：


a．在產業(yè)化方面：加強生物質利用技術的商品化工作，制定嚴格的技術標準，加強技術監(jiān)督和市場管理，規(guī)范市場活動，為生物質技術的推廣創(chuàng)造良好的市場環(huán)境。


b．在工業(yè)化生產與規(guī)?；瘧梅矫妫杭訌娚镔|技術與工業(yè)生產的聯系，在示范應用中解決關鍵的技術在技術研究方面：既重點解決推廣應用中出現的技術難題，在生產實踐中提高并考驗生物質能技術的可靠性和經濟性，為大規(guī)模使用生物質創(chuàng)造條件。


c．在技術研究方面：既重點解決推廣應用中出現的技術難題，如焦油處理，寒冷地區(qū)的沼氣技術等，又要同時開展生物質利用新技術的探索，如生物質制油，生物質制氧等先進技術的研究。


d．制定一項生物質能源國家發(fā)展計劃，引進新技術、新工藝，進行示范、開發(fā)和推廣，充分而合理地利用生物質能資源。在21世紀，逐步以優(yōu)質生物質能源產品（固體燃料、液體燃料、可燃氣、由、執(zhí)等形式）取代部分礦物燃料，解決我國能源短缺和環(huán)境污染等問題。


4.3優(yōu)先領域


．秸稈能源利用


．有機垃圾處理及能源化


．工業(yè)有機廢渣與廢水處理及能源化


．生物質液體燃料


4.4重大關鍵技術


．高效生物質氣化發(fā)電技術


．有機垃圾IGCC發(fā)電技術


．高效厭氧處理及沼氣回收技術


．纖維素制取酒精技術


．生物質裂解液化技術


．能源植物培育及利用技術


5.結語


生物質能源在未來世紀將成為可持續(xù)能源重要部分。我國幅員遼闊，但化石能源資源有限，生物質資源豐富，發(fā)展生物質能源具有重要的戰(zhàn)略意義和現實意義。采用高新技術將秸稈、禽畜糞便和有機廢水等生物質轉化為高品位能源，開發(fā)生物質能源將涉及農村發(fā)展、能源開發(fā)、環(huán)境保護、資源保護、國家安全和生態(tài)平衡等諸多利益。希望得到社會各界、各級政府、專家學者的廣泛關注與支持，為我國的生物質能源事業(yè)創(chuàng)造有益的發(fā)展環(huán)境。